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Brushless oder Induktion

Apr 19, 2017

Zurück in den 1990er Jahren wurden alle Elektrofahrzeuge außer einer von DC bürstenlosen Laufwerken angetrieben. Heute werden alle Hybriden von DC bürstenlosen Laufwerken angetrieben, ohne Ausnahmen. Die einzigen bemerkenswerten Verwendungen von Induktionsantrieben waren die General Motors EV-1; Die AC Propulsion Fahrzeuge, einschließlich der tzero; Und der Tesla Roadster.

Sowohl DC bürstenlose als auch Induktionsantriebe verwenden Motoren mit ähnlichen Statoren. Beide Antriebe verwenden dreiphasige modulierende Wechselrichter. Die einzigen Unterschiede sind die Rotoren und die Wechselrichtersteuerung. Und mit digitalen Controllern sind die einzigen Kontrollunterschiede mit Steuercode. (DC-bürstenlose Antriebe erfordern einen absoluten Positionssensor, während Induktionsantriebe nur einen Drehzahlsensor benötigen, diese Unterschiede sind relativ klein.)

Einer der Hauptunterschiede ist, dass viel weniger Rotorwärme mit dem DC bürstenlosen Antrieb erzeugt wird. Die Rotorkühlung ist einfacher und die Spitzenleistung ist für diesen Antrieb in der Regel höher. Der DC-bürstenlose Antrieb kann auch bei einem Einheitsfaktor arbeiten, während der beste Leistungsfaktor für den Induktionsantrieb etwa 85 Prozent beträgt. Dies bedeutet, dass der Spitzenpunkt-Energieeffizienz für einen DC-bürstenlosen Antrieb typischerweise ein paar Prozentpunkte höher ist als für einen Induktionsantrieb.

Bei einem idealen bürstenlosen Antrieb wäre die Stärke des von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfeldes einstellbar. Wenn ein maximales Drehmoment erforderlich ist, insbesondere bei niedrigen Geschwindigkeiten, sollte die Magnetfeldstärke (B) maximal sein - so dass Wechselrichter und Motorströme auf möglichst niedrigen Werten gehalten werden. Dies minimiert die I ² R (Strom ² Widerstand) Verluste und optimiert so den Wirkungsgrad. Ebenso, wenn die Drehmomentwerte niedrig sind, sollte das B-Feld so reduziert werden, dass auch die Wirbel- und Hystereseverluste aufgrund von B reduziert werden. Idealerweise sollte B so eingestellt werden, dass die Summe der Wirbel-, Hysterese- und I ²- Verluste minimiert wird. Leider gibt es keine einfache Möglichkeit, B mit Permanentmagneten zu wechseln.

Im Gegensatz dazu haben Induktionsmaschinen keine Magnete und B-Felder sind "einstellbar", da B proportional zu V / f (Spannung zu Frequenz) ist. Dies bedeutet, dass bei leichten Lasten der Wechselrichter die Spannung so reduzieren kann, dass magnetische Verluste reduziert und der Wirkungsgrad maximiert wird. So hat die Induktionsmaschine bei Betrieb mit einem intelligenten Wechselrichter einen Vorteil gegenüber einer DC-bürstenlosen Maschine - magnetische und Leitungsverluste können so gehandelt werden, dass der Wirkungsgrad optimiert wird. Dieser Vorteil wird zunehmend wichtiger, wenn die Leistung erhöht wird. Mit Gleichstrom bürstenlos, wenn die Maschinengröße wächst, steigen die magnetischen Verluste proportional an und die Teilbelastung sinkt. Mit Induktion, wie Maschinengröße wächst, Verluste nicht unbedingt wachsen. Somit können Induktionsantriebe der bevorzugte Ansatz sein, bei dem eine Hochleistung erwünscht ist; Peak Effizienz wird ein wenig weniger als mit DC bürstenlos, aber durchschnittliche Effizienz kann tatsächlich besser sein.

Permanentmagnete sind teuer - so etwas wie $ 50 pro Kilogramm. Permanentmagnet (PM) Rotoren sind auch schwer zu handhaben durch sehr große Kräfte, die ins Spiel kommen, wenn irgendetwas ferromagnetisches ihnen nahe kommt. Dies bedeutet, dass Induktionsmotoren wahrscheinlich einen Kostenvorteil gegenüber PM-Maschinen beibehalten werden. Auch aufgrund der Feldschwächung von Induktionsmaschinen sind die Wechselrichter-Ratings und die Kosten niedriger, vor allem bei Hochleistungsantrieben. Da Spinn-Induktionsmaschinen wenig oder keine Spannung erzeugen, wenn sie entregt sind, sind sie leichter zu schützen.
Ich habe fast vergessen: Induktionsmaschinen sind schwerer zu kontrollieren. Die Kontrollgesetze sind komplexer und schwer verständlicher. Das Erreichen der Stabilität über den gesamten Drehmoment-Drehzahlbereich und die Temperatur ist bei der Induktion schwieriger als bei DC-Bürstenlosigkeit. Dies bedeutet zusätzliche Entwicklungskosten, aber wahrscheinlich wenig oder gar keine wiederkehrenden Kosten.